CN216972705U - 用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构 - Google Patents

Abstract

一种用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，包括导电块、螺纹杆、螺纹滑套、顶杆、杠杆、夹板、以及支撑框架；螺纹杆穿过导电块中部通孔；在螺纹杆上设置有螺纹滑套；在螺纹滑套上设置有顶杆，顶杆的另一端与杠杆上端连接；杠杆由支撑框架作为转动支点，杠杆下端与夹板用销轴连接，当螺纹杆转动时驱动螺纹滑套沿螺纹杆的轴向运动并通过顶杆和杠杆结构带动夹板压紧或松开阳极碳块的夹持部。该机构不改变任何电解槽现有结构和工艺、不必清除残极上部电解质层，只对螺纹杆一个螺栓头进行松紧操作即可完成阳极碳块的组装更换，可以多次重复使用，并且能够依靠碳块自重夹持牢固防止掉块、热膨胀时夹持面和导电面压接越发紧密。

Description

用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构

技术领域

本实用新型涉及铝电解中炭块夹持和导电工具技术领域，尤其涉及一种用于铝电解阳极碳块组装的便捷操作的自重自持热胀导电机构。

背景技术

当前全世界的金属铝冶炼都是采用电解工艺，是在电解槽中利用上部并排悬挂的数十组阳极和底部筑于槽底的数十组阴极对氧化铝进行电解，氧化铝中的氧与阳极碳块反应生成二氧化碳和一氧化碳排出，剩余的纯铝则留在电解槽内完成冶炼过程。

当前铝电解槽的每个阳极组件(如图1和图2所示)都是由上部的铝导杆、中部的钢横梁和钢爪、下部的碳块组成，铝导杆与钢横梁采用铝钢爆炸焊连接、钢爪与碳块采用磷生铁浇铸连接。

阳极碳块有参与化学反应和导电两个关键作用，是生产消耗品，消耗到一定程度后需要更换新的碳块。由于传统阳极组件的碳块和钢爪是采用磷生铁浇铸连接，当需要脱离旧碳块换上新碳块时，要先压碎旧的碳块(残极)、压脱磷生铁浇铸形成的铁环、清理干净钢爪、再换上新碳块后重新浇铸高温熔融状态的磷生铁水，待磷生铁冷却固化后固定。一个电解铝厂每天须更换阳极组件数百上千组，铝厂都需要设置专门的阳极组装车间来完成阳极碳块的更换组装工作。阳极组装车间各种设备繁多、环境污染严重、用工人数多、投资和能耗高、安全风险大，是各个铝厂投资、运行、安全、环保等方面的巨大负担。

近年来，不少有识之士和行业专家持续研究简化阳极组装的措施，不约而同地都形成了摈弃原来的磷生铁浇铸工艺、采用夹持或钩挂等方式来进行阳极组装的思路，并且已形成和申报了多项专利。然而，虽然理论上的新型结构和方法众多，却没有任何一项新技术真正在行业中得到实际应用和推广，究其原因，是各种新结构和方法均存在一些实际应用上的不可行性和缺陷，无法真正实现对现有磷生铁浇铸结构的完全替代。主要存在的问题如下：

(1)阳极组件在电解槽内是数十组分两行并排排列的，各个阳极组件的碳块周边间隙很小，一般只有50mm左右；一个铝厂数百台电解槽采用串联排列，电解槽内空间狭小、槽外空间间距固定并且极其有限(为了减少槽与槽之间的导电母线压降，槽间距基本上只有一个人通过的距离，不足两米)。阳极组件各个部分的外形尺寸范围受到极大限制，任何新型组装机构均不能突破现有的磷生铁浇铸结构的各个部件基本尺寸范围，特别是机构总高度不能超过原来的钢横梁和钢爪的高度(≤350mm)、机构总宽度不能超过碳块的宽度(≤500mm)、机构上部总长度不能超过原钢横梁的长度(≤1100mm)，否则将造成整个电解槽结构的大变化。若改造电解槽，其投资巨大几乎是新建工厂、生产工艺稳定性遭到破坏，是任何铝厂都不可接受的。

(2)电解槽内温度很高，阳极炭块底面温度高达900℃以上，钢爪和钢横梁部位的温度长期在300℃以上，铝导杆的温度在100℃左右。常温冷态的阳极组件在进入电解槽后其各个结构件将不可避免的发生热膨胀效应，在热膨胀发生时各个结构件必须保证越热越紧而不能松动，否则极易造成接触导电不良、炭块脱落等现象和事故。目前应用的磷生铁浇铸方式，其钢爪和磷生铁环都是受热膨胀后，与碳块碗孔侧壁能够更加接触紧密。

(3)阳极组件下部的碳块最开始厚度有600～700mm，进入电解槽工作后会从底面开始向上消耗，碳块厚度不断变薄，直至变成厚度130mm左右的剩余残极，然后及时取出阳极组件更换新的炭块。因此任何新型组装机构与炭块的接触位置必须在炭块上表面往下的120mm范围内，否则机构的非铝材料会接触到并部分融入电解槽内高温电解质溶液和铝液，造成铝液污染。

(4)阳极组件在电解槽内工作时，碳块上表面须覆盖电解质保温层，其厚度一般在300mm以上，阳极组件的钢爪和钢横梁基本上被电解质层完全包裹覆盖，而且电解质层在高温环境中被烧结成很硬的大面积板结状态。实际生产中需要更换阳极组件时，是需要先用破锤机像修路破除路面一样把板结电解质层进行破裂，才能将阳极组件取出电解槽。从电解槽内取出的阳极组件，其残极碳块上面、钢爪和钢横梁(组装机构)周围均带有大量高温板结的电解质覆盖层，去除这些电解质层须动用专业大型清理设备，人工清理很难做到且飞灰扬尘严重。

(5)由于阳极组件具有导电的基本功能，每个阳极将导通上万安培的大电流，因此阳极组件各个部件根据材质不同都有一定的电流密度限制，也就是各部分的导体截面积须保证足够尺寸，否则部件上导通的电流密度过高将导致电能损耗甚至导体发热熔断。传统结构的钢爪和碳块顶部的浇铸碗孔之间通过浇铸磷生铁连接的接触面也是导电面，也需要保证足够的接触面积。同理，任何新型组装机构与炭块的有效导电接触面积必须保证不能少于原钢爪和碳块碗孔之间通过浇铸磷生铁连接的接触面积，而且导电接触面须一直保持足够的压力以确保良好导电。在热膨胀效应发生后，须保证导电接触面不能因热变形产生翘缝导致实际只有局部的线或点接触。

(6)阳极组件悬挂在电解槽上部，其下是高温液态的电解质溶液和铝液。阳极碳块须杜绝掉块掉渣，否则碳渣在电解槽底堆积将造成电解槽电流不均、电压波动、甚至阴阳极之间短路等重大事故。

(7)阳极碳块由阳极碳素厂配套生产，为保证碳块的强度和密实度，是在模具中经振动和挤压成型的。模具成型的产品形状必须符合能够顺利脱模的需要，因此碳块形状须避免内凹、内孔、内斜槽等特殊形状。当然这些特殊异型也可以在碳块成型后再进行切削加工，但将导致碳块生产环节的增加和改变、加工过程容易使脆硬的碳块开裂损坏、切削部分的碳块材料浪费、异型炭块的表面清理非常困难，极大影响投资成本、生产成本、生产效率、产品品质、环保和节能指标，因此生产结构复杂的异型阳极炭块是所有阳极碳素厂不愿接受的。

专利CN101660177A公开了一种新型的铝电解槽阳极导电装置，在碳块上部有铰接机构、夹紧螺栓、钢铝复合片等机构，结构复杂，在实际应用时，很难将总高度控制在传统的钢横梁和钢爪的高度内，不改变电解槽结构而实际应用是非常困难的；靠铰接机构以及紧固螺帽螺栓来夹紧炭块，在发生热膨胀后铰接机构将伸长导致夹板松动；另外，其所描述的铰接夹持板，是靠操作多个紧固螺帽螺栓来夹紧和松开炭块，在实际生产应用场合，这些螺栓都将被板结的高温电解质层包裹覆盖，是无法操作的。其结构上的夹板是一块整板，从结构上分析，夹板要有能够夹紧和松开的活动裕度就不可能太厚，而厚度不够的话其电流密度势必较大，将远大于传统结构的电流密度。而且这种整板形状在发生热膨胀时将变形产生翘缝，导致接触面积大大减小。

专利CN101899681B公开了一种阳极导电夹持卡具，其靠铰接机构以及紧固螺帽螺栓来夹紧炭块，在发生热膨胀后铰接机构将伸长导致夹板松动；另外，其描述的铰接夹持板，是靠操作多个紧固螺帽螺栓来夹紧和松开炭块，在实际生产应用场合，这些螺栓都将被板结的高温电解质层包裹覆盖，是无法操作的；其结构上的夹板是一块整板，从结构上分析，夹板要有能够夹紧和松开的活动裕度就不可能太厚，而厚度不够的话其电流密度势必较大，将远大于传统结构的电流密度。而且这种整板形状在发生热膨胀时将变形产生翘缝，导致接触面积大大减小。

专利CN101899682A公开了一种夹持式阳极导电装置，其在碳块上部有铰接机构、夹紧螺栓、钢铝复合片等机构，结构复杂，在实际应用时，很难将总高度控制在传统的钢横梁和钢爪的高度内，不改变电解槽结构而实际应用是非常困难的；靠铰接机构以及紧固螺帽螺栓来夹紧炭块，在发生热膨胀后铰接机构将伸长导致夹板松动；该专利所描述的铰接夹持板，是靠操作多个紧固螺帽螺栓来夹紧和松开炭块，在实际生产应用场合，这些螺栓都将被板结的高温电解质层包裹覆盖，是无法操作的；该专利上所描述的夹板是一块整板，从结构上分析，夹板要有能够夹紧和松开的活动裕度就不可能太厚，而厚度不够的话其电流密度势必较大，将远大于传统结构的电流密度。而且这种整板形状在发生热膨胀时将变形产生翘缝，导致接触面积大大减小。

专利CN103088367A公开了一种铝电解槽的连续预焙阳极组合结构，其结构上的夹持机构，是用曲柄和曲柄轴控制夹板的夹紧和松开状态，在实际生产应用场合，曲柄轴在发生热膨胀后将导致夹板松动；另外这些曲柄将被板结的高温电解质层包裹覆盖，是无法操作的；其结构上的夹板是一块整板，从结构上分析，夹板要有能够夹紧和松开的活动裕度就不可能太厚，而厚度不够的话其电流密度势必较大，将远大于传统结构的电流密度。而且这种整板形状在发生热膨胀时将变形产生翘缝，导致接触面积大大减小。在碳块底侧部有多个紧固销部件，碳块从底面开始消耗到一定程度后紧固销部件会变成块状渣掉落。碳块形状有内斜槽、销孔、锯齿面等复杂异型结构，在碳块成型生产中无法脱模，高温预焙加工后难以清理也难以保持形状规则。

专利CN105543895B公开了一种预焙铝电解槽用的机械式阳极钢爪结构，以及专利CN105543896B公开了一种预焙铝电解槽阳极组结构。这两件专利，其结构上的钩挂夹持机构，是靠紧固螺栓螺母、横向锁紧螺栓来夹紧炭块，在发生热膨胀后螺栓将伸长导致夹板松动；在实际生产应用场合，这些螺栓螺母都将被板结的高温电解质层包裹覆盖，是无法操作的。钩挂夹持机构从结构上分析，该结构的结构件导电截面和接触碳块的导电接触面均很小，而且导电接触压力仅依靠碳块自重，是无法满足实际生产导电需求的。该专利中描述的碳块结构，其底面有巨大的空凹槽和各种异型结构，将导致碳块底面电流密度加大、碳块从底面开始消耗到一定程度后会有大量块状渣掉落；在碳块成型生产中无法脱模，高温预焙加工后难以清理也难以保持形状规则。

专利CN108070879B公开了一种铝电解槽的夹持框，完全改变了传统的铝导杆吊挂碳块结构，而是在碳块周围设置框架、夹臂等结构，这种结构不可能在现有电解槽中使用，必须对电解槽的全部结构甚至电解车间的平面布局进行巨大调整。

专利CN201416038Y公开了一种新型的铝电解槽阳极导电装置，其结构上的夹持机构，是靠拉紧螺栓或者杠杆螺杆来使夹板夹紧碳块，在发生热膨胀后螺栓或螺杆伸长，将导致夹板松动；夹持机构要操作多个拉紧螺栓来控制夹板夹紧和松开，在实际生产应用场合，这些螺栓都将被板结的高温电解质层包裹覆盖，是无法操作的。其结构上的夹板是一块刚性的整板，从结构上分析，夹板要有能够夹紧和松开的活动裕度就不可能太厚，而厚度不够的话其电流密度势必较大，将远大于传统结构的电流密度。而且这种整板形状在发生热膨胀时将变形产生翘缝，导致接触面积大大减小。

专利CN201473606U公开了一种夹持式阳极导电装置，其结构在碳块上部有拉杆、螺栓、提升螺杆等复杂机构，在实际应用时，很难将总高度控制在传统的钢横梁和钢爪的高度内，不改变电解槽结构而实际应用是非常困难的。其夹持机构是靠拉紧螺栓或者杠杆螺杆来使夹板夹紧碳块，在发生热膨胀后螺栓或螺杆伸长，将导致夹板松动；夹持机构要操作多个拉紧螺栓来控制夹板夹紧和松开，在实际生产应用场合，这些螺栓都将被板结的高温电解质层包裹覆盖，是无法操作的。

专利CN201665720U公开了一种阳极夹持卡具与铝导杆连接装置，其结构在碳块上部有铰接机构、夹紧螺栓、钢铝复合片等机构，在实际应用时，很难将总高度控制在传统的钢横梁和钢爪的高度内，不改变电解槽结构而实际应用是非常困难的。其结构是靠铰接机构以及紧固螺帽螺栓来夹紧炭块，在发生热膨胀后铰接机构将伸长导致夹板松动。其结构上的铰接夹持板，是靠操作多个紧固螺帽螺栓来夹紧和松开炭块，在实际生产应用场合，这些螺栓都将被板结的高温电解质层包裹覆盖，是无法操作的。其结构上的夹板是一块整板，从结构上分析，夹板要有能够夹紧和松开的活动裕度就不可能太厚，而厚度不够的话其电流密度势必较大，将远大于传统结构的电流密度。而且这种整板形状在发生热膨胀时将变形产生翘缝，导致接触面积大大减小。

专利CN206089844U公开了一种阳极炭块与钢爪连接结构，其专利上记载“钢爪与联接凹槽连接，将阳极固定”，没有说明其钢爪形状、具体连接操作机构，从示意图来看，联接凹槽是“L”型孔洞，无法理解什么样的钢爪能够不破坏联接凹槽而放入孔洞中，受热后又怎样保持紧密接触和导电。其结构上的辅助挂钩，没有说明是什么材质，从常识角度分析应是在高温环境能够保持强度的金属材料，这将接触高温电解质溶液和铝液，造成铝液污染。“钢爪与联接凹槽连接，将阳极固定”，没有说明其钢爪与炭块的具体连接操作机构，从示意图来看，其连接操作机构部位将被板结的高温电解质层包裹覆盖，是无法操作的。另外，“钢爪与联接凹槽连接，将阳极固定”，没有说明其钢爪与炭块的具体连接操作机构，从示意图来看，连接部件尺寸很小，远远达不到传统钢爪连接的导电面积，而且导电接触压力仅依靠碳块自重，是无法满足实际生产导电需求的。所描述的碳块形状，有众多凹槽、孔洞等复杂异型结构，在碳块成型生产中无法脱模，高温预焙加工后难以清理也难以保持形状规则。

专利CN208933499U公开了一种阳极炭块夹臂，该专利所描述的机构，完全改变了传统的铝导杆吊挂碳块结构，而是在碳块周围设置框架、夹臂等结构，这种结构不可能在现有电解槽中使用，必须对电解槽的全部结构甚至电解车间的平面布局进行巨大调整。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，旨在解决上述技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，包括铝导杆，还包括：

导电块，所述铝导杆设置在导电块的顶部；导电块的下端用于与阳极碳块连接；

螺纹杆，水平穿设在所述导电块中部的通孔上；在螺纹杆上设置有两段反向螺纹，反向螺纹分别位于导电块的两侧；

支撑框架，套在所述导电块的中部外侧；

螺纹滑套，分别安装在螺纹杆的两段反向螺纹上；

杠杆，分别安装在支撑框架的两端，杠杆的中部与支撑框架的端部采用为可转动连接；

顶杆，一端可转动安装在螺纹滑套上、另一端可转动安装在杠杆的上端；

夹板，设置在所述杠杆的下端，用于夹持阳极碳块；

螺纹杆正向或反向转动时，驱动所述螺纹滑套同步向两端运动或同步向中间靠拢，带动所述夹板夹紧或松开阳极碳块。

优选的，所述导电块的上端呈正方体或竖直长方体形状，下端呈倒梯形台形状，该倒梯形台的侧面与底面均为平面，用于与阳极碳块顶部的倒梯形碗孔连接；该倒梯形台为水平长条形的结构。

优选的，在所述导电块下部倒梯形台的侧面与底面均覆盖有铝板。

优选的，在所述螺纹杆的两端分别设置有螺栓头。

优选的，所述铝导杆的下端与导电块的顶部采用铝钢爆炸焊连接。

优选的，所述杠杆的中部与支撑框架的端部采用销轴方式进行可转动连接。

优选的，所述顶杆的一端与杠杆的上端采用销轴方式进行可转动连接；另一端与螺纹滑套采用销轴方式进行可转动连接。

优选的，所述夹板与所述杠杆的下端采用销轴方式进行可转动连接。

优选的，在所述夹板的夹紧面上设置有防滑结构；所述防滑结构为阵列分布的凸点结构、或者为网纹结构。

优选的，所述导电块上端与下端为铸钢材料铸造的一体成型结构。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果如下：

(1)在本实用新型中，通过螺纹杆正向或反向转动驱动所述螺纹滑套沿螺纹杆的轴向运动，螺纹滑套驱动顶杆和杠杆结构带动所述夹板夹紧或松开阳极碳块的夹持部。本实用新型中螺纹杆沿着碳块的长方向设置，与传统结构的钢横梁空间方位一致，占据空间小，同时利用杠杆结构来带动夹板运动，结构简单，有利于减小整个机构的占据空间，有利于保证总高度不超过传统的钢横梁和钢爪高度，因此不需要改变现有电解槽结构。

(2)在本实用新型中，导电块由铸钢材料铸造成一个整体，保证导体的导电截面积不低于传统结构的钢横梁和钢爪，中部预留可穿过螺纹杆的通孔，底部采用倒梯形台形状，倒梯形台的侧面和底面可与碳块顶部的倒梯形碗孔紧密接触，形成大面积的导电面。导电块的底部采用倒梯形台形状还可以在导电块插入碳块顶部的倒梯形碗孔时起导向作用，方便导电块与碳块的组装和分离。导电块顶部与铝导杆的连接方式保持传统的铝钢爆炸焊连接，不改变传统工艺。

(3)碳块因重力作用有向下滑动掉落的趋势，在本本实用新型中，夹板与碳块夹持面紧密接触时，若碳块下坠欲脱离导电块，则穿过导电块中部通孔的螺纹杆以及套在螺纹杆上的螺纹滑套将跟随导电块一起相对于碳块向上运动，螺纹滑套向上推动顶杆，顶杆推动杠杆上端，致使杠杆下端连接的夹板向内运动以夹紧碳块。本机构可以将碳块的重力转变为对碳块自身的夹持力，使本机构对所夹持的碳块具备碳块越重夹持力越大的功能，防止碳块掉落。

(4)在本实用新型中，机构夹持住碳块进入高温环境后，所有构件都将发生热膨胀现象，螺纹杆将向两端延长，套在螺纹杆上的螺纹滑套也一同沿螺纹杆轴向往两端分离，推动顶杆，加上顶杆自身也发生的热膨胀效应又推动杠杆上端，致使杠杆下端连接的夹板向内夹紧碳块。当夹板已夹紧碳块无法向内发生位移时，反作用力将反向通过杠杆、顶杆对螺纹滑块产生向下的压力，此向下的压力再通过螺纹杆最终传导给导电块，使导电块与碳块的导电面压力增大。本机构可以将各个部件发生的热膨胀效应转变为对碳块的夹持力和导电面的压力，使本机构对所夹持的碳块具备越热夹持力越大、越热导电面压力越大的功能。

(5)在本实用新型中，所有机构均在阳极碳块的上部，不超过传统结构的碳块碗孔高度，不会接触到并部分融入电解槽内高温电解质溶液和铝液，因此不会造成铝液污染。

(6)在本实用新型中，夹紧和松开碳块均能通过旋转螺纹杆任意一端的正转或反转“一键”完成，在电解槽旁即可就地即时简便操作，可以在高温状态下迅速完成碳块更换，不必转运阳极组去专门的阳极组装车间、不必等待旧阳极组件冷却、不必破除电解质层、不造成繁重工作和粉尘污染。

(7)在本实用新型中，导电块与碳块顶部倒梯形碗孔之间为面接触，可以保证良好的导电接触面积，保证有效导电接触面积不少于原钢爪和碳块碗孔之间通过浇铸磷生铁连接的接触面积，而且导电块具有越热压接越紧密的特征，接触面一直保持足够的压力以确保良好导电。

(8)本实用新型所提供的机构，无需在阳极碳块侧面、底面加工内凹、内孔、内斜槽等特殊形状，与传统碳块相比，只在碳块顶面做形状调整，对碳块生产来说，只改动成型机的重锤模具形状，不会改变其他任何碳块生产工艺和环节，因此可以很方便的调整新型碳块生产，不对碳块制造厂造成工艺、管理、成本的增加。

(9)本实用新型所提供的机构，只在传统磷生铁浇铸结构的钢横梁和钢爪部位做创新改进，创新的机构不突破传统结构的空间尺寸限制、不改变铝导杆连接方式，阳极组件整体上仍然采用铝导杆吊挂方式，电解槽内阳极和阴极的电流分布和电流密度均不发生变化，不对电解槽结构和工艺做任何改动。

(10)在本实用新型中，螺纹杆与螺纹滑套的连接和运动是采用丝杠原理、其他所有活动部件均可采用销轴连接，部件组装和拆卸方便，电解质少量侵蚀、热膨胀效应、以及销轴孔裕量均不影响本机构的强度和运动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现有技术中阳极组件的主视图；

图2为现有技术中阳极组件的左视图；

图3为本实用新型所提供的自重自持热胀导电机构示意图；

图4为本实用新型所提供的自重自持热胀导电机构中导电块的主视图；

图5为本实用新型所提供的自重自持热胀导电机构中导电块的左视图；

图6为本实用新型所提供的自重自持热胀导电机构中支撑框架的俯视图；

图7为本实用新型所提供的自重自持热胀导电机构夹紧阳极碳块时的示意图。

附图标号说明：

1-导电块；2-螺纹杆；201-螺栓头；3-螺纹滑套；4-顶杆；5-杠杆；6-夹板；7-支撑框架；8-铝导杆；9-铝钢爆炸焊；10-阳极碳块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

实施例：

结合图3至图6所示，为本实用新型所提供的一种用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，包括铝导杆8，还包括：导电块1，所述铝导杆8的下端与导电块1的顶部采用铝钢爆炸焊9连接；导电块1的下端用于与阳极碳块10连接；螺纹杆2，水平穿设在所述导电块1中部的通孔上；在螺纹杆2上设置有两段反向螺纹，反向螺纹分别位于导电块1的两侧；支撑框架7，套在所述导电块1的中部外侧；螺纹滑套3，分别安装在螺纹杆2的两段反向螺纹上；杠杆5，分别安装在支撑框架7的两端，杠杆5的中部与支撑框架7的端部采用为可转动连接；顶杆4，一端可转动安装在螺纹滑套3上、另一端可转动安装在杠杆5的上端；夹板6，设置在所述杠杆5的下端，用于夹持阳极碳块10。具体地，所述杠杆5的中部与支撑框架7的端部采用销轴方式进行可转动连接，并以所连接的销轴作为转动支点。所述顶杆4的一端与杠杆5的上端采用销轴方式进行可转动连接；另一端与螺纹滑套3采用销轴方式进行可转动连接。所述夹板6与所述杠杆5的下端采用销轴方式进行可转动连接。当螺纹杆2正向或反向转动时，驱动所述螺纹滑套3沿螺纹杆3的轴向同步向两端运动或同步向中间靠拢，并通过顶杆4和杠杆5形成的连杆结构带动所述夹板6压紧或松开阳极碳块10的夹持部。

结合图4及图5所示，在本实施例中，所述导电块1的上端呈正方体或竖直长方体形状，下端呈倒梯形台形状，倒梯形台的侧面与底面均为平面，用于与阳极碳块10顶部的倒梯形碗孔连接。所述导电块1上端的正方体或竖直长方体形状与下端的倒梯形台为铸钢材料铸造的一体成型结构。导电块1下端倒梯形台的侧面和底面可与碳块顶部的倒梯形碗孔紧密接触，形成大面积的导电面。导电块1的底部采用倒梯形台形状还可以在导电块1插入碳块顶部的倒梯形碗孔时起导向作用，方便导电块1与碳块的组装和分离。

进一步地，在所述导电块1下部倒梯形台的侧面与底面均覆盖有铝板。在温度升高发生热膨胀时，导电块1底部倒梯形台的底面和侧面将向碳块顶部的倒梯形碗孔挤压，利用铝板的压延变形可以增强导电接触效果，加强导电性能。

在本实施中，在所述螺纹杆2的两端分别设置有螺栓头201。所述螺栓头201可伸出电解质覆盖层，用气动扳手(俗称“风炮”)套在任意一端的螺栓头201上操作螺纹杆2正转和反转，即可实现本实用新型机构对碳块的夹紧导电和松开脱离功能。

在本实施例中，在所述夹板6的夹紧面上设置有防滑结构；该防滑结构为阵列分布的凸点结构、或者为网纹结构。设置防滑结构的目的在于增加夹板6的夹持面与阳极碳块10之间的摩擦力，增强夹持效果。

本实用新型的工作及夹持原理如下：

结合图7所示，在本实用新型中，螺纹杆2上的两段反向螺纹由螺纹杆2中部向两端延伸，每段反向螺纹上设置一个螺纹滑套3；螺纹杆2正向或反向转动时，驱动两个螺纹滑套3同步向两端运动或同步向中间靠拢；当两个螺纹滑套3同步向两端运动时，螺纹滑套3推动顶杆4，顶杆4推动杠杆5的上端，杠杆5绕销轴转动带动所述夹板6压紧阳极碳块10的夹持部；当两个螺纹滑套3同步向中间靠拢时，螺纹滑套3拉动顶杆4，顶杆4拉动杠杆5的上端，杠杆5绕销轴转动带动所述夹板6松开阳极碳块的夹持部。

在本实用新型中，阳极碳块10因重力作用有向下滑动掉落的趋势，阳极碳块10处于夹紧状态时，夹板6与阳极碳块10的夹持面紧密接触，若阳极碳块10下坠欲脱离导电块1，则穿过导电块1中部通孔的螺纹杆2以及套在螺纹杆2上的螺纹滑套3将跟随导电块1一起相对于阳极碳块10向上运动，螺纹滑套3向上推动顶杆4，顶杆4推动杠杆5上端，致使杠杆5下端连接的夹板6向内运动以夹紧阳极碳块10。本机构可以将阳极碳块10的重力转变为对阳极碳块10自身的夹持力，使本机构对所夹持的阳极碳块10具备阳极碳块10越重夹持力越大的功能，防止阳极碳块10掉落。

本机构夹持住阳极碳块10进入高温环境后，所有构件都将发生热膨胀现象，螺纹杆2将向两端延长，套在螺纹杆2上的螺纹滑套3也一同沿螺纹杆2轴向往两端分离，推动顶杆4，加上顶杆4自身也发生的热膨胀效应又推动杠杆5上端，致使杠杆5下端连接的夹板6向内夹紧阳极碳块10。当夹板6已夹紧阳极碳块10无法向内发生位移时，反作用力将反向通过杠杆5、顶杆4对螺纹滑块3产生向下的压力，此向下的压力再通过螺纹杆2最终传导给导电块1，使导电块1与阳极碳块10的导电面压力增大。本机构可以将各个部件发生的热膨胀效应转变为对阳极碳块10的夹持力和导电面的压力，使本机构对所夹持的阳极碳块10具备越热夹持力越大、越热导电面压力越大的功能。

本实用新型不对电解槽做任何改造；阳极组件导电性能不低于传统磷生铁浇铸结构；不改变电解槽内阳极和阴极的电流分布；不再需要专门的阳极组装车间，更换阳极碳块10可以在电解槽旁就地即时操作，可以重复利用旧阳极碳块10上部的电解质覆盖层、可以在高温热态时对露出电解质层的螺栓头201进行“一键”旋转操作迅速分离旧阳极碳块10并换上新阳极碳块10；组装好新阳极碳块10的阳极组件回入电解槽高温环境发生热膨胀效应后，整个机构不会有任何松动，只会越热越紧；本实用新型仍然采用相同尺寸和工艺的铝钢爆炸焊9连接铝导杆8和导电块1；对阳极碳块10的形状没有复杂变化，只是将原来的顶部碗孔凸台改为长方体形状的夹持部和倒梯形碗孔，不增加阳极碳块10生产成本和工艺难度。

应用例一：

采用本实用新型对某铝厂进行试验和革新推广。该铝厂现有的阳极炭块长度1700mm，宽度660mm，高度635mm，重量1.02吨；阳极碳块碗孔深度115mm(实际浇铸深度110mm)，采用4只φ160的钢爪用传统的磷生铁浇铸方式进行阳极组装，计算可知原有磷生铁浇铸方式的导电接触面积是4×160π×110＝0.22㎡；原有钢横梁与铝导杆采用爆炸焊连接，连接截面积是185×185＝0.034㎡；每个阳极组件平均导通电流约9000A。阳极组件在电解槽内工作时其上覆盖的电解质层厚度300～400mm。

采用本实用新型所提供的自重自持热胀导电机构进行试验的过程是：先用不锈钢材料加工具备两段反向螺纹的螺纹杆2，长度为1680mm、直径为φ50；用不锈钢材料加工配套的螺纹滑套3(2组/套)、顶杆4(2组/套)、杠杆5(2组/套)、支撑框架7(1组/套)，杠杆5的下端用销轴连接夹板6(2组/套)；再用该厂自有的废旧钢爪熔铸成导电块1，导电块1上设置有焊接底座用于与铝导杆8进行铝钢爆炸焊9。部件准备完成后，按附图3所示结构完成整个机构的组装。对比原有的钢爪和钢横梁结构，所有导电部件电流密度均不超过原来密度。导电块与碳块的接触面积为800×350+800×130×2+350×130×2＝0.579㎡，大于原钢爪的0.22㎡面积。组装阳极碳块10形成阳极组件后，进入电解槽开始在线试用，并与旁边的原有钢爪结构的阳极组件进行比较，结果为：原阳极组件在槽周期33天、新组件在槽周期34天；原组件整体平均电压降是135mV，新组件整体平均电压降是131mV；新组件工作状态良好，未发生碳块掉落现象。试用结果证明本实用新型机构的实际应用效果优于原组件。

采用本实用新型形成阳极组件，阳极碳块10消耗完后，用与原组件相同的方式由电解多功能机组吊运出电解槽，就地利用气动套筒扳手套在螺纹杆2一端的螺栓头201上反向旋转螺纹杆2，使旧的残极碳块脱离，电解质覆盖层仍完整保留在导电块1和支撑框架7之上。再用电解多功能机组将本实用新型所提供的自重自持热胀导电机构吊至附近的新碳块上方，并座在新碳块之上，用气动套筒扳手操作正向旋转螺纹杆2夹紧新碳块，完成一次更换碳块工作，新阳极组件立即又回到电解槽内开始新的一个工作周期。整个更换碳块的过程比汽车换一个轮胎还简单，只拧一个螺栓头201即可完成。从出电解槽到换好新碳块重新进入电解槽用时约9分钟，比原组件换极时间多2～3分钟，但不再需要原来倒运到阳极组装车间的一系列繁琐工作环节、大大减少备用组件数量，该铝厂的管理和生产人员均表示这多出来的2～3分钟对生产不会产生不良影响，而创造的价值是巨大的。

经试验，该铝厂认为本实用新型所提供的紧固导电机构是完全可靠可行且综合效益很高的。现该厂已做计划，逐步淘汰原有的钢爪浇铸组装方式，全部更换为本实用新型所提供的紧固导电机构。

应用例二：

另一个电解铝厂也开展了试用测试。该厂阳极炭块长度1550mm，宽度600mm，高度630mm；碳块碗孔深度115mm(实际浇铸深度110mm)，采用3只φ160的钢爪用传统的磷生铁浇铸方式进行阳极组装，计算可知原有磷生铁浇铸方式的导电接触面积是3×160π×110＝0.165㎡；原有钢横梁与铝导杆采用爆炸焊连接，连接截面积是165×165＝0.027㎡；每个阳极组件平均导通电流约7000A。阳极组件在电解槽内工作时其上覆盖的电解质层厚度250～350mm。

采用本实用新型所提供的紧固导电机构进行试验的过程是：先用不锈钢材料加工具备两段反向螺纹的螺纹杆2，长度为1530mm、直径为φ50；用不锈钢材料加工配套的螺纹滑套3(2组/套)、顶杆4(2组/套)、杠杆5(2组/套)、支撑框架7(1组/套)，杠杆5的下端用销轴连接夹板6(2组/套)；再用该厂自有的废旧钢爪熔铸成导电块1，导电块1上设置有焊接底座用于与铝导杆8进行铝钢爆炸焊9。部件准备完成后，按附图3所示结构完成整个机构的组装。对比原有的钢爪和钢横梁结构，所有导电部件电流密度均不超过原来密度。导电压板与碳块的接触面积为650×300+650×120×2+300×120×2＝0.42㎡，大于原钢爪的0.165㎡面积。组装阳极碳块10后形成新的阳极组件，进入电解槽开始在线试用，并与旁边的原有钢爪结构的阳极组件进行比较，结果为：原阳极组件在槽周期31天、新组件在槽周期31天；原组件整体平均电压降是131mV，新组件整体平均电压降是128mV；新组件工作状态良好，未发生碳块掉落现象。试用结果证明本实用新型机构的实际应用效果优于原组件。

新组件的碳块消耗完后，用与原组件相同的方式由电解多功能机组吊运出电解槽，就地利用气动套筒扳手套在螺纹杆2一端的螺栓头201上拧松螺纹杆2，使旧的残极碳块脱离，再用电解多功能机组将本实用新型机构吊至附近的新碳块上方，并座在新碳块之上，用气动套筒扳手操作拧紧螺纹杆2夹紧新碳块，完成一次更换碳块工作，新阳极组件立即又回到电解槽内开始新的一个工作周期。从出电解槽到换好新碳块重新进入电解槽用时约10分钟，比原组件换极时间多2～3分钟，但不再需要原来倒运到阳极组装车间的一系列繁琐工作环节、大大减少备用组件数量。

经试验，该铝厂认为本实用新型技术是完全可靠可行且综合效益很高的。现该厂已向上级管理部门提交技改申请报告，要求逐步淘汰原有的钢爪浇铸组装方式，全部更换为本实用新型所提供的紧固导电机构。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，包括铝导杆(8)，其特征在于，还包括：

导电块(1)，所述铝导杆(8)设置在导电块(1)的顶部；导电块(1)的下端用于与阳极碳块连接；

螺纹杆(2)，水平穿设在所述导电块(1)中部的通孔上；在螺纹杆(2)上设置有两段反向螺纹，反向螺纹分别位于导电块(1)的两侧；

支撑框架(7)，套在所述导电块(1)的中部外侧；

螺纹滑套(3)，分别安装在螺纹杆(2)的两段反向螺纹上；

杠杆(5)，分别安装在支撑框架(7)的两端，杠杆(5)的中部与支撑框架(7)的端部采用为可转动连接；

顶杆(4)，一端可转动安装在螺纹滑套(3)上、另一端可转动安装在杠杆(5)的上端；

夹板(6)，设置在所述杠杆(5)的下端，用于夹持阳极碳块；

螺纹杆(2)正向或反向转动时，驱动所述螺纹滑套(3)同步向两端运动或同步向中间靠拢，带动所述夹板(6)夹紧或松开阳极碳块。

2.如权利要求1所述的用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，其特征在于：所述导电块(1)的上端呈正方体或竖直长方体形状，下端呈倒梯形台形状，倒梯形台的侧面与底面均为平面，用于与阳极碳块顶部的倒梯形碗孔连接。

3.如权利要求2所述的用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，其特征在于：在所述导电块(1)下部倒梯形台的侧面与底面均覆盖有铝板。

4.如权利要求1所述的用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，其特征在于：在所述螺纹杆(2)的两端分别设置有螺栓头(201)。

5.如权利要求1所述的用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，其特征在于：所述铝导杆(8)的下端与导电块(1)的顶部采用铝钢爆炸焊(9)连接。

6.如权利要求1所述的用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，其特征在于：所述杠杆(5)的中部与支撑框架(7)的端部采用销轴方式进行可转动连接。

7.如权利要求1所述的用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，其特征在于：所述顶杆(4)的一端与杠杆(5)的上端采用销轴方式进行可转动连接；另一端与螺纹滑套(3)采用销轴方式进行可转动连接。

8.如权利要求1所述的用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，其特征在于：所述夹板(6)与所述杠杆(5)的下端采用销轴方式进行可转动连接。

9.如权利要求1所述的用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，其特征在于：在所述夹板(6)的夹紧面上设置有防滑结构；该防滑结构为阵列分布的凸点结构、或者为网纹结构。

10.如权利要求2所述的用于铝电解阳极组装的自重自持热胀导电机构，其特征在于：所述导电块(1)上端与下端为铸钢材料铸造的一体成型结构。

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